Курс общей физики Том 1 Механика, колебания и волны, молекулярная физика - Савельев И.В.
Скачать (прямая ссылка):
Для возбуждения ультразвуковых волн в настоящее время используют в основном два явления: обратный пьезоэлектрический эффект и магнитострикцию. Обратный пьезоэлектрический эффект состоит в том, что пластинка, вырезанная определенным образом из некоторых кристаллов (например, кварца, сегнетовой соли, тита-ната бария и т. д.), под действием электрического поля слегка деформируется (удлиняется при поле одного направления и сжимается при поле противоположного направления). Поместив такую пластинку между металлическими обкладками, на которые подается переменное напряжение, можно вызвать вынужденные механические колебания пластинки. Эти колебания становятся особенно интенсивными, если частота изменений электрического напряжения совпадает с частотой собственных колебаний пластинки. Колебания пластинки передаются окружающей ее жидкой или газообразной среде и порождают в этой среде ультразвуковую волну.
Магнитострикция заключается в том, что ферромагнитные вещества (железо, никель, некоторые сплавы и т. д.) при действии на них магнитного поля слегка
299
деформируются. Поэтому, поместив ферромагнитный стержень в переменное магнитное поле (например, внутрь катушки, по которой течет переменный ток), можно возбудить его механические колебания, которые опять-таки будут особенно интенсивными при резонансе.
Направленные ультразвуковые пучки нашли шнро-кое применение для целей локации (обнаружения предметов и определения расстояний до них) в воде. Впервые идея ультразвуковой локации была высказана выдающимся французским физиком П. Ланжевеном (1872—1946) и разработана им во время первой мировой войны для обнаружения подводных лодок. В настоящее время ультразвуковые локаторы используются для обнаружения айсбергов, косяков рыбы и т. п.
Известно, что крикнув и определив время до прихода эха, т. е. звука, отраженного от препятствия — скалы, леса, поверхности воды в колодце и т. д., — можно, умножив половину этого времени на скорость звука, найти расстояние до препятствия. На этом принципе устроен упомянутый выше локатор, а также ультразвуковой эхолот, который применяется для измерения глубины и снятия рельефа морского дна. Излучатель, укрепленный на корпусе корабля, посылает в вертикальном направлении короткие ультразвуковые импульсы. Импульсы, отраженные от дна, регистрируются приемником. По времени, прошедшему между испусканием импульса и его приемом, вычисляется глубина.
Метод ультразвуковой локации позволяет летучей мыши хорошо ориентироваться при полете в темноте. Летучая мышь периодически испускает импульсы ультразвуковой частоты и по воспринимаемым с помощью органа слуха отраженным сигналам с большой точностью судит о расстояниях до окружающих ее предметов.
В 1928 г. советский ученый С. Я- Соколов предложил использовать ультразвук для целей дефектоскопии, т. е. обнаружения изъянов (дефектов) в изделиях. Если размеры дефекта больше длины волны, то ультразвуковой импульс будет отражаться от дефекта и возвращаться обратно. Посылая в изделие ультразвуковые импульсы и регистрируя отраженные импульсы, можно не только обнаруживать наличие дефектов в изделиях, но и судить
о размерах и месте расположения этих дефектов. Разработанный Соколовым и другими учеными метод
300
ультразвуковой дефектоскопии находит все большее применение.
Обладая большой интенсивностью и создавая при своем прохождении сильные пульсации давления в среде, ультразвуковые волны могут обусловливать целый ряд специфических явлений: измельчение (диспергирование) частиц, взвешенных в жидкости, образование эмульсий (взвесей мельчайших капелек одной жидкости в другой, не смешивающейся с ней жидкости), ускорение процессов диффузии, растворения, активацию химических реакций и т. д.
ЧАСТЬ З МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА
ГЛАВ Л XI ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ
§ 91. Молекулярно-кинетическая теория (статистика) и термодинамика
Молекулярная физика представляет собой раздел физики, изучающий строение и свойства вещества, исходя из так называемых мслекулярнэ-кинетических представлений. Согласно этим представлениям, любое тело — твердое, жидкое или газообразное — состоит из большого количества весьма малых обособленных частиц — молекул1). Молекулы всякого вещества находятся в беспорядочном, хаотическом, не имеющем какого-либо преимущественного направления движении. Его интенсивность зазисит от температуры вещества.
Непосредственным доказательством существования хаотического движения молекул служит броуновское движение. Это явление заключается в том, что весьма малые (видимые только в микроскоп) взвешенные в жидкости чкстицы всегда находятся в состоянии непрерывного беспорядочного движения, которое не зависит от внешних причин и оказывается проявлением внутреннего движения вещества. Броуновские частицы совершают движение под влиянием беспорядочных ударов молекул.
Молекулярно-кинетическая теория ставит себе целью истолковать те свойства тел, которые непосредственно наблюдаются на опыте (давление, температуру и т. п.),
*) Атомы можно рассматривать как одноатомные молекулы.
